1.5. Проблема кислотных дождей

Немаловажными видами загрязнения атмосферного воздуха считаются оксиды серы и азота, которые, циркулируя в ней, являются основными источниками выпадения кислотных дождей. Оксиды серы и азота поступают в воздух при сжигании углеродсодержащего ископаемого топлива, содержащие в своём составе большое количество серы (иногда до 5 %), а также при разложении органического вещества и извержения вулканов. Первое место по содержанию сернистых газов занимает каменный уголь (до 90 %), на втором месте нефть и на третьем газ. Дополнительным и очень значительным их источником поступления является автомобильный транспорт.

При сжигании органического топлива на тепловых электростанциях в атмосферу выбрасываются 72 % оксидов серы, 20 % от сжигания другими промышленными предприятиями и 8 % автотранспортом.

Эмиссия оксидов азота также происходит при сгорании углеродосодержащего топлива на предприятиях и работы автомобильного транспорта. Так, например, выбросы оксида азота от работы автотранспорта составляют 40 %, работы ТЭС – 30 %, сжигания топлива промышленности – 20 % и 10 % поступает от прочих источников.

При производстве 1 кВт/ч электроэнергии от сжигания каменного угля выделяется 6,0 г оксидов серы; 7,7 г бурого угля; мазута 7,4 г; природного газа 0,002 г; окислов азота 21,0; 3,4; 2,4; 1,9 – соответственно.

В данном случае образуются два кислородных соединения серы:

• двуокись (SO₂);

• трёхокись серы (SO₃).

В атмосфере двуокись SO₂ окисляется до трехокиси SO₃: 2SO₂ + O₂ = 2SO₃. Образовавшаяся трехокись реагирует с водяными паром, образуя слабую серную кислоту SO₃ + H₂O = H₂SO₄.

Серная кислота присутствует в воздухе в виде лёгкого тумана, состоящая из мельчайших капель. При сгорании топлива выделяются в атмосферу оксиды кальция и железа, вступая в реакцию с серной кислотой, они образуют твёрдые частички сульфатов кальция и железа:

CaO + H₂SO₄ = CaSO₄ + H₂O;

FeO₃ + 3 H₂SO₄ = Fe₂ (SO₄ )₃ + 3H₂O.

Количество содержащихся в городском воздухе твёрдых частиц сульфатов и капелек серной кислоты может достигать 20%. Оксиды азота окисляются в капельках воды, образуя азотную кислоту:

2NO + O₂ = 2NO₂; 4NO₂ + 2H₂O + O₂ = 4HNO_3.

Слабые растворы этих кислот (H₂SO₄ и HNO₃), а также их соли, выпадая в виде дождя на растения, почву, вызывают ожоги и повышают рН почвы. Дождевая вода с растворёнными кислотами и их солями имеет кислотность ниже рН 4. Спектр воздействия таких дождей очень широк. Прежде всего, они сказываются на популяциях рыб в озёрах, особенно высокогорных, где вода становится кислой. На выживаемость водных организмов часто сказывается подкисление воды в водоёме (табл.1.3).

Таблица 1.3. Воздействие подкисленной воды на ихтиофауну (доклад ФАО, 1968 г.)

рН	Воздействие на организм рыб
3,0 - 3,5 3,5 – 4,0 4,0- 4,5 4,5 – 5,0 5,0 – 9,0 9,5 - 10 10,5- 11,0	Гибель для рыб, выживают некоторые растения и беспозвоночные Гибель лососевых: плотва, окунь, щука могут выжить после акклиматизации Гибель многих рыб, размножается только щука Опасно для икры лососевых Область, пригодная для жизни Вредно для развития некоторых видов, гибельно лососевых при большой продолжительности воздействия Смертельно для всех рыб

В 70-х годах прошлого столетия в Северной Америке 51 % озёр имели кислотность воды ниже рН 5, в таких озёрах рыба полностью исчезла, особенно такая низкая кислотность воды отрицательно влияет на размножение рыб, убивая икру, а также негативно воздействует на фито- и зоопланктон – корм рыб (табл.1.4).

Таблица 1.4. Состояние озёр в некоторых странах мира вследствие выпадения кислотных дождей

Страна

Состояние озёр

Канада Норвегия Швеция Финляндия США

Более 14 тыс. озёр сильно закислены; каждому седьмому озеру на востоке страны нанесён биологический ущерб В водоёмах общей площадью 13 тыс км2 уничтожена рыба и ещё на 20 тыс. км2 – поражена В 14 тыс. озёр уничтожены наиболее чувствительные к уровню кислотности виды; 2200 озёр практически безжизненны 8 % озёр не обладает способностью к нейтрализации кислоты. Наиболее закисленные озёра – в южной части страны В стране около 1 тыс. подкисленных озёр и 3 тыс. почти кислых

По оценкам международных организаций, в 1990 г. на долю английских выбросов приходилось 14,0 % загрязнённости окружающей среды серой в Швеции, 7,0 % – ФРГ, 7,0 % – Норвегии. На Северную Швецию и Норвегию выпадало загрязняющих веществ в 1,5 – 2,0 раза больше, чем выбрасывалось ими в атмосферу.

Подкисленная вода интенсивнее растворяет многие минералы. Ртуть в кислой воде может превратиться в ядовитую минметиловую ртуть, кислая вода растворяет даже свинец. Кислотные дожди разрушают строительные материалы (растворы, гипс, камень и др.), реагируя с кальцием и магнием, входящими в их состав: усиливают коррозию строительных конструкций из железа и других металлов. Они негативно влияют на фитоценозы, почву – приводят к деградации, а вместе с деградацией к исчезновению многих видов организмов, не переносящих кислую среду обитания, особенно страдают лесные массивы. Так, например, Чехословакии серьёзно повреждены деревья на площади 200 тыс. га, в Польше – 500 тыс. То же самое наблюдается и в других государствах Европы, а особенно около крупных химических комбинатов.

По данным Росгидромета на территорию Российской Федерации ежегодно с осадками выпадает 4,22млн т серы, 1,25 млн т нитратного азота и 4,0 млн т суммарного азота. Выпадение осадков с повышенной кислотностью (рН < 4), в первую очередь, относится к северу-западу России, Предуралью, западным и центральным районам Воронежской и Ростовской областей, акваториям Финского залива и Ладожского озера.

Кислотные дожди высвобождают из почвенно-поглощающего комплекса аммоний – токсичный для многих видов организмов. Туман серной кислоты вызывает аллергию, а более концентрированный – нарушения верхних дыхательных путей, частицы сульфатов железа считаются канцерогенами.

По данным академика Ю.А. Израэля, ежегодный экономический ущерб от кислотных дождей при выпадении на почву составляет около 3 млрд руб. (в ценах 1990 г.). Это та сумма, которая необходима для приобретения известкового материала и его внесения в почву, чтобы восстановить прежнюю кислотность почвенного раствора.